NH 3 [PDF]

Zitiervorschau

SOMMAIRE NH3 INTRODUCTION NH3 ……………………………………………………. ..2 PROPRIETES ………………………………………………………………...2

Procédé de fabrication de l’ammoniac ………………………......3 Étude des différentes étapes………………………………………………4

UTILISATION……………………………………………………..5 FICHE TOXICOLOGIQUE ……………………………………...7 CONCLUSION…………………………………………………......8

H3PO4 INTRODUCTION……………………………………………….....9 Propriétés de l’acide phosphorique ………………………………9 PROCEDES DE FABRICATION ……………………………….10 UTILISATION…………………………………………………….11 FICHE TOXICOLOGIQUE ……………………………………..12 CONCLUSION …………………………………………………….13 LES REFERENCES ……………………………………………….14

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I. Nh3 (AMMONIAC) : I.1 .Introduction : [1] L'ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (du groupe générique des nitrures d'hydrogène). Dans les conditions normales de température et de pression, c'est un gaz noté NH3 gaz. Il est incolore et irritant (d'odeur piquante à faible dose, il brûle les yeux et les poumons en concentration plus élevée). L’ammoniac gazeux a été mentionné pour la première fois en 1716 par johannes kuckel .le gaz a été isolé pour la premiére fois en 1774 par joseph priestley . L’ammoniac est un gaz incolore , dont l’odeur piquante et très acre est facilement reconnaissable . composé de 3 atomes d’hydrogène et d’un atome d’azote ,sa formule chimique est NH3 . Très souble dans l’eau , on écrit « ammoniac »lorsque l’on parle du gaz et « ammoniaque »lorsqu’il s’agit du liquide (solution aqueuse ) .

I.2.Propriétés :[2] gaz comprimé liquéfié, incolore à légèrement coloré, d'odeur âcre, intense, suffocante, irritante.

Apparence Propriétés chimiques

NH 3 17,0305 ± 0,0004 g/mol ; H 17,76 %, N 82,25 %, 9,23

Formule brute Masse molaire pKa Propriétés physiques T° fusion T° ébullition Solubilité Masse volumique

-77,74 °C -33,35 °C dans l'eau à 20 °C : 540 g·l-1, 0,7 g·cm-3 à -33 °C,

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0,817 g·cm-3 à l'état solide à -79 °C 0,6813 (gaz) Densité (dair = 1,0)

0,8

T° d'auto-inflammation

651 °C

Thermochimie S0 gaz, 1 bar ∆ Hf 0 gaz ∆ Hf 0 liquide

192,77 J/mol•K -46,222 kJ·mol-1 (24,85 °C)

-40,2 kJ/mol

∆ vapH°

19,86 kJ·mol-1 (1 atm, 25 °C)

C p

2 105,6 J·kg-1·K-1 (200 °C)

PCS

382,8 kJ·mol-1 (25 °C, gaz)

PCI

317,1 kJ·mol-1

I .3. Procédé de fabrication de l’ammoniac : [3] C'est en 1909 que le chimiste allemand Fritz Haber parvint à mettre au point ce procédé chimique. Une équipe de recherche de la société BASF mit au point, en 1913, la première application industrielle du procédé Haber : c'est le procédé Haber-Bosch. Le responsable de son industrialisation, Carl Bosch, agissait à la fois comme superviseur de l'équipe et comme concepteur, apportant des solutions originales à certains problèmes posés lors de sa mise au point.

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FIGURE I : Schéma simplifié de la fabrication de l'ammoniac à partir de méthane  et d'air, via le procédé Haber I.3.1. Le principe général : La synthèse de l’ammoniac est réalisée par réaction directe entre le dihydrogène et le diazote, en présence d’oxydes de fer comme catalyseur selon : N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) réaction (1) Le procédé doit respecter les contraintes suivantes : 1. On opère à des pressions élevées (200 à 300 bars) et une température de l’ordre de 500◦C, cette température étant une température de compromis. 2. On fait de plus réagir le diazote et le dihydrogène dans des proportions stœchiométriques. Le diazote provient de l’air. Le dihydrogène est produit par reformage du méthane (ou d’autres hydrocarbures plus lourds) par la vapeur d’eau. 3. Il est nécessaire de limiter la présence de gaz inertes dans le réacteur afin d’améliorer le rendement de la réaction. Il faut de plus éliminer toute trace de CO et CO2 afin d’éviter notamment la désactivation du catalyseur de la synthèse d’ammoniac. I.3.2 Étude des différentes étapes : I.3.2.1 Bloc 1 : reformage, production de H2 : Le bloc 1 réalise la production de H2 par reformage du méthane : → Le reformage primaire :

CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) réaction (2) Lors de ce reformage primaire, une réaction parasite de cokage peut se produire, selon : CH4(g) = C(s) + 2H2(g) ∆rG◦ = (74400 − 80, 77 × T) J/mol réaction (3) En pratique, on travaille à une pression de 25-30 bars. À la température de travail, la conversion du méthane est d’environ 90%. Il faut donc une étape supplémentaire pour brûler le méthane restant. → Le reformage secondaire :

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]

Les gaz en sortie du réacteur de reformage primaire sont mélangés à de l’air (de débit variable). Il y a alors oxydation du méthane selon : CH4(g) + 3 2 O2(g) = CO(g) + 2H2O(g) réaction (4) En sortie du bloc 1, la température des gaz est de l’ordre de 1000◦C et le mélange gazeux contient moins de 0,5% de méthane. I.3.2.2. Bloc 2 : purification du mélange Il est indispensable de purifier le mélange gazeux en CO et CO2 avant son entrée dans le bloc 3. La purification est réalisée en trois étapes. Conversion du monoxyde de carbone

Le mélange gazeux en sortie du bloc 1 est refroidi par passage dans une chaudière, à une température d’environ 400◦C, condition acceptable pour la conversion de CO, selon la réaction : CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) La réaction du gaz à l'eau permet d'obtenir plus d'hydrogène à partir du monoxyde de carbone et de la vapeur d'eau Décarbonatation : La décarbonatation repose sur l’absorption de gaz dans une solution liquide. Le mélange gazeux passe à nouveau dans une chaudière de refroidissement puis est dissous dans une solution de soude ou de carbonate de sodium. Méthanisation Les traces de monoxyde et dioxyde de carbone sont retransformées en méthane qui se comporte dans le bloc 3 comme un gaz inerte. On se place dans des conditions expérimentales permettant la réaction suivante : CO(g) + 3H2(g) = CH4(g) + H2O(g) I.3.2.3 bloc 3 : boucle de synthèse La boucle de synthèse est le cœur de l’installation puisqu’elle conduit à la formation de l’ammoniac.

Le diazote et le dihydrogène réagissent sur un catalyseur de fer qui contient de l'hydroxyde de potassium comme accélérateur : N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) + ΔH

I.4.UTILISATION : [1] I.4.1. Engrais : Le NH3 est principalement utilisé dans la production d'engrais ; De l'ammoniac (contenant 82 % d'azote) sert parfois aussi d'engrais azoté gazeux ; il est alors injecté directement dans le sol sous forme d'ammoniac liquéfié sous pression. Étant très soluble dans l'eau, une grande partie du gaz se dissous dans l'eau du sol.

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I.4.2. Explosifs : Sous forme gazeuse, l'ammoniac est aussi utilisé par l'industrie pour la fabrication d'explosifs I.4.3. Polymères : L'ammoniac est un ingrédient de la fabrication de divers polymères (plastiques, fibre synthétique, etc.) I.4.4. Tabac : On le trouve aussi dans la cigarette ou le tabac de pipe. Les fabricants l'ajoutent lors de la préparation du tabac, car en réagissant avec la nicotine (alcaloïde) l'ammoniac produit un composé nicotinique basique libre, encore plus assimilable par l’organisme que sous sa forme acide. Ceci multipliant très fortement l’effet addictif de la nicotine sur le cerveau ; le fumeur est ainsi prisonnier de son addiction et fortement poussé à acheter toujours plus de cigarettes, au profit de l'industrie du tabac et au détriment de sa santé I.4.5. Réfrigération : L'ammoniac est un fluide frigorigène aux capacités thermodynamiques et thermiques excellentes, malgré les contraintes qu'il implique ; alors désigné par la référence R717.   

La lettre « R » signifie réfrigérant ; 7 : les fluides frigorigènes d'origine inorganique sont répertoriés dans la série des 700. Le chiffre des centaines est donc un 7 ; 17 : le chiffre des dizaines et celui des unités ici représentent la masse molaire de la molécule, à savoir M(NH3)=17,0 g/mol ;

L'ammoniac est très utilisé dans le secteur du froid industriel dans les installations à puissance importante (plusieurs centaines de kW). En raison de sa toxicité, il doit être confiné en salle des machines. I.4.6. Carburant : L'ammoniac est un vecteur énergétique car il permet de transporter de l'hydrogène sous une forme dont le stockage est relativement simple. Il brûle difficilement dans l'air mais la combustion est facilitée par une décomposition partielle par passage sur un catalyseur. Il peut être utilisé comme carburant dans des moteurs adaptés, avec toutefois des problèmes encore à résoudre de corrosion, de catalyseur, d'additifs, d'émissions d'imbrûlés et une contribution à l'émission de NOx polluants. En 1872, le docteur Émile Lamm, dentiste français émigré aux États-Unis, dépose plusieurs brevets pour un moteur à ammoniac et met ce système en application sur une des lignes de tramways de La Nouvelle-Orléans. Pendant la Seconde Guerre mondiale, des véhicules (notamment des autocars en Belgique) ont fonctionné avec de l'ammoniac. Dans les années 1960, l'armée américaine s'y est intéressée dans le cadre du concept MED (Mobile Energy Depot) qui visait à produire directement les carburants sur le champ de bataille à partir de réacteurs nucléaires transportables.

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Au XXIe siècle, l'ammoniac fait l'objet de nouvelles études pour des moteurs classiques sans émissions de CO2 et pour le fonctionnement de piles à combustible. I.4.7. Détection des fuites : Son odeur particulière rend une fuite d'ammoniac facilement signalée, mais la recherche du point de fuite sur une installation ammoniac doit toujours se faire qu'à l'aide d'un appareil respiratoire isolant du fait de sa très forte toxicité. n utilisait autrefois une baguette soufrée, qui enflammée au voisinage d'émanation d'ammoniac produit une fumée blanche dense permettant ainsi de localiser l'origine de la fuite ; technique aujourd'hui interdite en raison de sa dangerosité. La recherche de fuite se fait, le plus souvent, à l'aide de détecteurs électroniques ou de papiers imbibés de phénolphtaléine.

I.5.FICHE TOXICOLOGIQUE : [4]

AMMONIAC ANHYDRE

Danger H221 - Gaz inflammable H314 - Provoque des brûlures de la peau et des lésions oculaires graves H331 - Toxique par inhalation H400 - Très toxique pour les organismes aquatiques

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Pathologie – Toxicologie Toxicité expérimentale Toxicité aigüe Elle se traduit par un effet caustique au niveau de la peau et des muqueuses oculaires, digestives et respiratoires. L'importance des lésions dépend de la concentration et du temps de contact. Toxicité subchronique, chronique L'exposition répétée provoque une irritation oculaire mais surtout respiratoire chronique (bronchite chronique). Toxicité sur l'Homme L'exposition aiguë est responsable de sévères effets caustiques sur la peau et les muqueuses digestives et oculaires. En cas d'exposition répétée, une atteinte de la fonction respiratoire ne peut être éliminée. Certaines études indiquent la possibilité d'effet cancérogène sur différents organes mais restent trop imprécises pour permettre de conclure. En cas d’urgence En cas de déversement accidentel de gaz, aérer la zone et évacuer le personnel en ne faisant intervenir que des opérateurs entrainés et munis d’un équipement de protection approprié. Supprimer toute source d’inflammation potentielle. Des appareils de protection respiratoires isolants autonomes sont à prévoir à proximité et à l’extérieur des locaux pour les interventions d’urgence. Prévoir l’installation de fontaines oculaires et de douches de sécurité. Si ces mesures ne peuvent pas être réalisées sans risque de sur-accident ou si elles ne sont pas suffisantes, contacter les équipes de secours interne ou externe au site

I.6.CONCLUSION :[1] Avec le procédé Haber bosh ,la chimie offre à l’homme l’une de ces possibilités étonnantes dont il peut se servir pour le bien ou le mal

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II.H3PO4 (ACIDE PHOSPHERIQUE ) II.1.INTRODUCTION : [5] L'acide phosphorique ou acide ortho phosphorique est un oxacide à base de phosphore de formule H3PO4. C'est un triacide. Il est un composé chimique classé en deuxième position dans la production mondiale des acides après l’acide sulfurique, il présente une grande importance au niveau industriel telles que la fabrication des fertilisants (85 % environ), le traitement de surface des métaux, dans l’industrie pharmaceutique et de la fermentation, dans le traitement des eaux usées, pour les produits de nettoyage, dans les liants pour réfractaires, pour la chimie minérale et aussi dans l’industrie alimentaire

II.2. Propriétés de l’acide phosphorique :[6] Propriétés chimiques Formule brute

H3PO4

Masse molaire

97,9952 ± 0,0014 g/mol H 3,09 %, O 65,31 %, P 31,61 %,

PKa

(25 °C) pKa1 = 2,148 ; 7,198 ; 12,319 Propriétés physiques

T° fusion

42,35 °C

T° ébullition

Se décompose au-dessous du point d'ébullition à 213 °C4

Solubilité

Sol. dans l'alcool; sol. dans 8 vol. d'un mélange éther:alcool à 3:1 ; très sol. dans l'eau chaude ; 548 g sol. dans 100 cm3 d'eau froide 1,834 g·cm-3 à 18 °C

Masse volumique Pression de vapeur saturante

à 20 °C : 4 Pa

Viscosité dynamique

3,86 mPa·s (solution à 40 %, 20 °C)

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II.3.PROCEDES DE FABRICATION :[7] Il existe deux procédés de fabrication de l'acide phosphorique a partir de phosphate minérale : Principalement par voie humide par attaque du phosphate naturel par l’acide sulfurique, à 80°C, selon la réaction : Ca10(PO4)6F2 + 10 H2SO4 + 10x H2O = 6 H3PO4 + 10 CaSO4,xH2O + 2 HF avec x = 0,5 pour l’obtention de l’hémihydrate et x = 2 pour l’obtention du dihydrate. On obtient 2 phases principales : liquide (solution de H3PO4) et solide (sulfate de calcium appelé phosphogypse). Les rendements par rapport au phosphate sont de 90 à 98,5 %. Les rendements supérieurs ou égaux à 98 % sont obtenus par un procédé de recristallisation de l’hémi ou du dihydrate avec double filtration. L’acide fluorhydrique réagit, en partie, avec la silice présente dans le minerai pour donner de l’acide fluosilicique (H2SiF6), le reste est fixé pour éviter son rejet dans l’atmosphère. L’acide fluosilicique est utilisé pour produire des fluosilicates et des fluorures. Chaque semaine, les unités de production doivent être arrêtées pendant environ 16 h pour éliminer, par lavage à l’eau, l’acide fluosilicique et les fluosilicates déposés dans les installations. La capacité des unités de production est de 600 à 1000 t P2O5/jour. On distingue deux procédés (dihydrate et hémihydrate) selon l’état d’hydratation du sulfate de calcium CaSO4. Procédé dihydrate : c’est le procédé le plus courant (Rhône-Poulenc, Prayon, Nissan, Mitsubishi). La moitié des sites de production utilise la technologie Prayon. Après broyage du phosphate naturel, celui-ci est attaqué par l’acide sulfurique concentré (à 98,5 %), en présence d’eau. Une filtration à l’aide d’un filtre rotatif permet de séparer l’acide phosphorique (contenant en moyenne 29 % de P2O5) du phosphogypse. L’acide phosphorique est ensuite concentré par évaporation de l’eau afin d’obtenir un acide à 54 % de P2O5, soit un acide à 75 % de H3PO4. Ce procédé présente l’inconvénient de produire un acide relativement peu concentré (de 26 à 32 % de P2O5) qui nécessite une importante consommation d’énergie pour sa concentration par évaporation d’eau. Le rendement par rapport au phosphate est de 94 à 96 %, une partie du phosphate co-cristallisant avec le sulfate de calcium qui contient jusqu’à 0,75 % de P2O5. Procédé hémihydrate : donne directement de l’acide à plus de 40 % de P2O5 et ne nécessite pas de broyage préalable du minerai, mais le procédé est plus délicat à maîtriser. Par ailleurs, le rendement est plus faible, de 90 à 94 % par rapport au phosphate, l’hémihydrate contenant jusqu’à 1,1 % de P2O5.

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Voie thermique : l’acide phosphorique très pur destiné au traitement de surfaces métalliques, à la microélectronique ou à l’acidification des boissons peut être élaboré par voie thermique par réduction du phosphate naturel, en présence de coke et de silice, au four électrique vers 1200-1500°C selon la réaction : 4 Ca5(PO4)3F + 18 SiO2 + 30 C = 3 P4 + 30 CO + 18 CaSiO3 + 2 CaF2 Les consommations, pour 1 t de P2O5 à 100 %, sont de 3,9 t de phosphate à 29 % de P2O5, 1,3 t de silice, 0,6 t de coke et de 13 000 à 15 000 kWh d’électricité. Le phosphore obtenu sous forme de vapeur est condensé sous eau pour obtenir du phosphore blanc qui est ensuite oxydé en P2O5 puis hydraté en acide. Cette voie qui donne un acide de très haute pureté est peu à peu abandonnée au profit de la voie humide suivie d’une purification par extraction liquide-liquide. En 2007, en Europe, 95 % de la production d’acide était assuré par la voie humide.

II.4.UTILISATION :[5] L'acide phosphorique et sa forme moléculaire P2O5 est parmi les matières importantes de l'industrie chimique et c'est souvent le deuxième acide le plus utilisé après H2SO4. L'acide phosphorique sous forme de solution aqueuse est essentiellement utilisé dans les applications suivantes:              

La fabrication d'engrais superphosphates ; La synthèse de détergents et de diverses formes de phosphates ; Le décapage et le traitement antirouille de surfaces de métal ; Le nettoyage des surfaces métalliques et autres surfaces dures telles que les tuiles et la porcelaine ; Le nettoyage des équipements de production de l'industrie alimentaire ; Les liants pour les matériaux réfractaires et céramiques ; L'industrie alimentaire, comme agent acidifiant, notamment dans le cola ; Le traitement des eaux usées ; La coagulation du latex de caoutchouc ; Les catalyses acides en pétrochimie ; La synthèse de produits pharmaceutiques ; Agent régulateur d’acidité, antioxydant ; Teinture dans l’industrie textile ; La fabrication des fertilisants

II.5.FICHE TOXICOLOGIQUE :[8]

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Formule Chimique H3 PO4

Détails Nom Numéro CAS Numéro CE Numéro index Synonymes

Acide phosphorique 7664-38-2 231-633-2 015-011-00-6 Acide orthophosphorique

Etiquette

ACIDE PHOSPHORIQUE... (≥ 25 %) Danger -H314 - Provoque des brûlures de la peau et des lésions oculaires graves -P260 - Ne pas respirer les poussières, fumées, gaz, brouillards, vapeurs, aérosols -P280 - Porter des gants de protection, des vêtements de protection, un équipement de protection des yeux, un équipement de protection du visage -P301+P330+P331 - EN CAS D’INGESTION: rincer la bouche. NE PAS faire vomir -P305+P351+P338 - EN CAS DE CONTACT AVEC LES YEUX: rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer -P310 - Appeler immédiatement un CENTRE ANTIPOISON ou un médecin -P303+P361+P353 - EN CAS DE CONTACT AVEC LA PEAU (ou les cheveux): enlever immédiatement les vêtements contaminés. Rincer la peau à l’eau/se doucher -P234 - Conserver uniquement dans le récipient d’origine -Les conseils de prudence P sont sélectionnés selon les critères de l'annexe 1 du réglement CE n° 1272/2008. 231-633-2

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II.6.CONCLUSION :[9] -Acide phosphorique est un composé chimique très important dans notre vie ,et c'est un élément qui se trouve dans plusieurs produits quand on utilise dans notre vie quotidiens (coca –cola) ,les engrains, traitement des eaux usées

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Référence : [1] https://fr.wikipedia.org/wiki/Ammoniac [2] Lyalikov Yu. S, Klyachko Yu. A, Theoretical Foundations of Modern Chemical Analysis, Ed. Mir, 1980, Moscou

[3] AD02-synthése_NH3 [4] http://www.inrs.fr/publications/bdd/fichetox/fiche.html?refINRS=FICHETOX_16 [5] Note de cours de Chimie Minérale Industrielle [6] https://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_phosphorique [7]l’elementarium.fr [8] http://www.inrs.fr/publications/bdd/fichetox/fiche.html?refINRS=FICHETOX_37 [9] slideshare.net

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